Skutki odkształcenia plastycznego:

Odkształcenie plastyczne metalu, które powstaje podczas deformacji na zimno, powoduje znaczną zmianę jego własności fizycznych i mechanicznych. Zmiany te objawiają się przede wszystkim wzrostem twardości i wytrzymałości przy jednoczesnym spadku własności plastycznych (rys. 2.30), oraz obniżeniem przewodności elektrycznej i gęstości. Wielkość odkształcenia plastycznego określa ilościowo tzw. stopień odkształcenia plastycznego q, który np. dla walcowania można wyrazić jako procentową zmianę przekroju materiału.

gdzie : S_o - przekrój początkowy

S₁ - przekrój końcowy

Wzrost twardości i wytrzymałości związany z odkształceniem plastycznym ma duże znaczenie i w pewnych przypadkach jest wykorzystywany w celu umocnienia materiału. Często jednak zachodzi konieczność przywrócenia materiałom ich własności, jakie miały przed odkształceniem plastycznym np. w celu obniżenia twardości lub uzyskania odpowiednich własności fizycznych, takich jak np. dobra przewodność elektryczna (jest to bardzo istotne np. w procesie ciągnienia drutów miedzianych przeznaczonych na przewody elektryczne). Obniżenie twardości i zwiększenie plastyczności odkształconego metalu oraz przywrócenie innych własności "fizycznych można uzyskać przez wyżarzanie, które polega na wytrzymaniu odkształconego materiału przez pewien okres czasu w podwyższonej temperaturze, zwykle powyżej jednej trzeciej bezwzględnej temperatury topnienia

Odkształcenie plastyczne na zimno powoduje wzrost gęstości dyslokacji. Dla większości metali gęstość ta wzrasta od wartości ok. l06-108 dyslokacji na cm2 typowej dla stanu wyżarzonego, do 1011 ÷ l012 dyslokacji na cm2, w przypadki dużego odkształcenia plastycznego. Ponieważ odkształcenie plastyczne jest związane z ruchem dyslokacji, występowanie zjawiska utwardzenia oznacza, że w odkształconym metalu następuje wzrost oporu dla ruchu dyslokacji. Opór ten rośnie wraz ze wzrostem gęstości dyslokacji, które blokują się nawzajem.

Część dyslokacji zostaje utwierdzona w kryształach i wywołuje wewnętrzne naprężenia, które przeciwdziałają przemieszczaniu się innych dyslokacji. W konsekwencji powoduje to obniżenie plastyczności i umocnienie materiału.

Wskutek odkształcenia plastycznego i związanych z nim poślizgów, zachodzących w poszczególnych ziarnach, w metalu pojawia się tzw. tekstura, czyli określona orientacja krystalograficzna ziaren związana z kierunkiem odkształcenia. Stopień steksturowania metalu wzrasta ze stopniem odkształcenia plastycznego.

Zmiany w strukturze metalu, jakie powstają w wyniku odkształcenia plastycznego można stwierdzić najwyraźniej za pomocą takich metod, jak np. mikroskopia optyczna, mikroskopia elektronowa i dyfrakcja promieni X.

Za pomocą badań metalograficznych można stwierdzić odkształcenie ziarn i pojawienie się pasm poślizgu (rys. 2.31). Natomiast transmisyjna mikroskopia elektronowa umożliwia obserwację zmian rozkładu i gęstości dyslokacji.

Wzrost gęstości dyslokacji zwiększa energię wewnętrzną sieci krystalicznej, gdyż wzrasta stopień zaburzenia regularnego rozmieszczenia atomów. Stan odkształcenia plastycznego jest w związku z tym termodynamicznie nietrwały w stosunku do stanu wyżarzonego. W konsekwencji odkształcony plastycznie metal będzie wykazywał tendencję do powrotu do stanu o mniejszej energii swobodnej, tj, do stanu bardziej uporządkowanego. Powrót ten jednak na ogół nie może zachodzić w sposób samorzutny, lecz jedynie w temperaturach podwyższonych, w których mogą mieć miejsce procesy aktywowane cieplnie, takie jak dyfuzja, poślizg poprzeczny i wspinanie się dyslokacji. Dlatego, aby utwardzony przez odkształcenie plastyczne metal zmiękczyć i przywrócić mu inne własności, jakie przedtem wykazywał, konieczne jest jego podgrzanie do odpowiedniej temperatury

W czasie usuwania skutków odkształcenia plastycznego przez wyżarzanie można wyróżnić trzy procesy, które kolejno zachodzą w odkształconym plastycznie metalu:

• zdrowienie,

• rekrystalizacja

• rozrost ziarna

Zdrowienie:

W czasie wygrzewania odkształconego plastycznie metalu można zaobserwować, że W pewnej temperaturze następuje usunięcie zniekształceń sieci krystalicznej. Objawia się to tym, że linie dyfrakcyjne na rentgenogramach (otrzymanych metodą proszkową) rozmyte wskutek deformacji sieci, stają się znowu wyraźne i ostre. Zjawisko to nosi nazwę zdrowienia. Zanikowi zniekształceń sieci krystalicznej towarzyszy częściowe usunięcie skutków odkształcenia plastycznego. Następuje pewne podwyższenie przewodności elektrycznej oraz częściowy spadek umocnienia. Minimalna temperatura, w której można stwierdzić te zjawiska, określana jest jako temperatura zdrowienia. Proces zdrowienia związany jest ze zmianą rozmieszczenia i gęstości defektów sieci krystalicznej, głównie wakansów i dyslokacji. W odkształconym na zimno metalu istnieje gęsta sieć dyslokacji, która powstała w wyniku poślizgów i wzajemnego oddziaływania dyslokacji. W czasie zdrowienia następuje przemieszczanie i zmiana uporządkowania dyslokacji, co powoduje zmniejszenie energii zmagazynowanej w odkształcanej sieci. Proces ten jest aktywowany cieplnie.

Hartowność stali:

podatnością stali na hartowanie, czyli tworzenie struktury martenzytycznej. Na hartowność stali wpływa wiele czynników, a przede wszystkim jej skład chemiczny, czyli głównie pierwiastki stopowe. Wpływ ma także wielkość ziarna austenitu, jednorodność austenitu i obecność innych nierozpuszczonych cząstek. Temperatury początku i końca przemiany martenzytycznej w dużym stopniu zależą od udziału węgla. Im jest go więcej, tym te temperatury są niższe i trudniejsze do osiągnięcia. Powoduje to, że stal niskowęglowa jest bardziej hartowna od wysokowęglowej. Dodatki stopowe, takie jak mangan lub chrom, znacznie podwyższają hartowność stali poprzez zmniejszenie krytycznej prędkości chłodzenia, która przy stalach węglowych wynosi około 400 do 500 °C/s. Możliwość zmniejszenia tej prędkości wpływa na zmniejszenie naprężeń hartowniczych.

Głębokość hartowania, jaką daje się uzyskać w stali węglowej, nie jest większa niż 3 mm do 10 mm, w zależności od jej składu. Dodatki stopowe pozwalają zwiększyć głębokość hartowania.

---